Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция

инфекции [Gaffney et al., 1993]. Кроме того, растения арабидопсиса,
несущие аналогичные гены, гораздо чувствительнее к различным
патогенам [Delaney et al., 1993].

Синтез

салициловой

кислоты

растениях.

Прямым

предшественником на пути синтеза СК является фенилаланин, который
при  участии  фенилаланиламмониллиазы  (ФАЛ)  превращается  в  транс-
коричную  кислоту,  являющуюся  ключевым  звеном  в  синтезе  СК,  что
особенно хорошо показано для растений табака и огурца [Yalpani et al.,
1993; Dixon, Palva, 1995; Mauch-Mani, Slusarenko, 1996; Molders et al.,
1996; Smith-Becker et al., 1998]. Об  этом  свидетельствуют  данные,
полученные  на  растениях  табака  с  эпигенетически  супрессированной
экспрессией  ФАЛ,  которые  не  способны  развивать  СПУ  в  ответ  на
инфицирование  ВТМ [Pallas et al., 1996]. Коричная  кислота  путем
декарбоксилирования превращается в бензойную кислоту (БК), которая
в  свою  очередь  при  участии  фермента 2-гидроксилазы  бензойной
кислоты (2ГБК), превращается в СК.

Выявлено, что 2ГБК представляет собой растворимую цитохром

450

монооксигеназу, использующую молекулярный кислород для

2-гидроксилирования  бензойной  кислоты [Leon et al., 1995]. Эти  же
авторы [Lee et al., 1995] охарактеризовали  другой  ключевой  фермент  в
метаболизме  СК – глюкозилтрансферазу  СК,  катализирующий
превращение  СК  в  глюкозил-СК,  основной  метаболит  СК  как
эндогенной,  так  и  экзогенной [Edwards, 1994]. Аналогичный  путь
синтеза  и  метаболизма  СК  характерен  также  и  для  растений  риса
[Silverman et al., 1995], которые отличаются очень высоким уровнем СК
даже  в  здоровых  растениях,  на  порядок  большим  в  сравнении  с
листьями  табака,  поэтому,  как  полагают  авторы,  в  растениях  риса  СК,
скорее всего, не является индуктором устойчивости, так как заражение
не вызывает ее накопления в них.

Однако в ряде растений синтез СК опосредуется превращением

транс-коричной  кислоты  в  О-кумаровую  кислоту,  которая  затем  в
результате  декарбоксилирования  превращается  в  СК [Chadha, Brown,
1974]. Обработка листьев картофеля арахидоновой кислотой приводит к
индукции  быстрого  локального  синтеза  СК  и  накопления  конъюгатов
СК,  сходных  с 2-О-глюкопираносалициловой  кислотой,  тогда  как  в
необработанных  элиситором  листьях  СК  также  синтезируется  из
фенилаланина  и  коричной  и  бензойной  кислот  в  качестве
интермедиатов [Coquoz et al., 1998].

Таким

образом,

синтез

СК

клетках

может

идти

альтернативными путями, что подчеркивает важность этого соединения

в  жизни  растений.  Наиболее  вероятным  местом  синтеза  СК  являются
хлоропласты,  в  которых  новосинтезированная  СК  может  запасаться,  а
при  инфицировании  патогенами  быстро  высвобождаться  из  них  в
цитозоль  и  начать  функционировать  в  механизмах,  ведущих  к
становлению СПУ [Vernooij et al., 1994].

Развитие системной приобретенной устойчивости, естественно,

является  следствием  взаимодействия  растения  с  патогеном  и
трансдукции  сигналов,  которые  включают  механизмы  устойчивости  в
смежных с инфицированными и отдаленных от них тканях. В качестве
одного  из  кандидатов  на  роль  транслокационного  сигнала  СПУ
рассматривается сама СК.

Согласно разработанной математической модели физические

свойства СК почти идеальны для транспорта на большие расстояния по
флоэме [Hsu, Kleier, 1990]. В

пользу

способности

СК

транспортироваться по растению свидетельствуют данные опытов со
впрыскиванием

С-меченной бензойной кислоты в семядоли огурца в

ходе их инокуляции вирусом табачного некроза, которые показали
наличие [

С]СК во флоэме и первом листе над семядолей спустя 2 дня

после инокуляции, тогда как [

С]БК не обнаруживалась в этих сосудах

в течение первых 3-х дней, что указывает на флоэмный транспорт СК из
семядолей  в  первичные  листья,  в  которых  через 3 дня  развивалась
системная  устойчивость  к  Colletotrichum lagenarium [Molders et al.,
1996].  Однако  сравнение  концентрации  СК  в  инокулированных
семядолях  и  первичных  листьях  огурца  в  предшествующий  развитию
системной  устойчивости  период  дал  основание  заключить,  что
накопление СК в первичных листьях является результатом не только ее
транспорта  по  флоэме,  но  и  синтеза  в  листьях [Molders et al., 1996].
Анализ  содержания  новосинтезированной  в  инокулированном  ВТМ  и
верхнем  здоровом  листе  табака  СК  с  использованием  меченного
кислорода  позволил  получить  прямое  доказательство  ее  транслокации
по флоэме [Shulaev et al., 1995].

Свободная СК, подобно другим фенолам, активно коньюгирует в

О-β-D-глюкозил-СК и метилсалицилат (МС) [Yalpani et al., 1991; Enyedi
et al., 1992; Alexander et al., 1993]. Однако, если глюкозил-СК немобилен
и  неактивен  в  индукции  PR-1  генов  в  клетках  табака  и,  скорее  всего,
является запасной формой СК [Enyedi et al., 1992; Chen et al., 1995], то
экзогенная  обработка  растений  табака  МС  увеличивает  экспрессию
PR-1–генов  и  устойчивость  к  ВТМ,  что  может  быть  результатом  его
быстрого  превращения  в  СК,  т.е.  МС  является  ее  активным  летучим
предшественником [Shulaev et

al., 1997]. Более того, данные,

полученные в опытах, когда растения табака, листья которых

инокулировали ВТМ в течение 96 ч при 32

С, переносили на 24

С,

позволили  выявить  резкий  подъем  в  уровне  МС  в  жидкой  форме  в
здоровых  листьях,  расположенных  над  инокулированными,  что
свидетельствуют  о  том,  что  МС  может  функционировать  и  в  качестве
транспортной  формы  СК,  в  которую  он  легко  превращается  в  тканях-
мишенях [Seskar et al., 1998].

Анализ распределения и передвижения СК при инокулировании

табака ВТМ показал, что растения уже через 48 ч после инокуляции
выделяют

значительные

количества

метилсалицилата,

что

сопровождалось  развитием  реакции  гиперчувствительности [Shulaev
et al.,  1997].  Причем  количество  газообразного  производного  СК,
продуцируемого  в  листьях  табака,  инокулированных  ВТМ,  достаточно
для  индукции  экспрессии  генов PR-1 белков  и  устойчивости  к  данной
инфекции  у  соседних  здоровых  растений [Shulaev et al., 1997]. На
основании этих данных авторы предположили, что МС может служить
воздушным сигналом для здоровых тканей инфицированных растений и
даже соседних растений и путем превращения его в СК индуцировать в
них защитные реакции.

В то же время существуют контраргументы в отношении СК как

транслокационного  сигнала,  ответственного  за  индукцию  СПУ.  Так,
удаление  листа  огурца,  инфильтрованного  Pseudomonas syringae  до
момента заметного накопления в нем СК, не препятствовало системной
индукции  ее  накопления  и  экспрессии  СПУ–генов [Rasmussen et al.,
1991].  Работа  по  прививке  трансгенных  растений,  экспрессирующих
бактериальный  ген  NahG,  продукт  которого  деградирует  СК,  показала,
что, хотя трансгенные растения табака-подвоя неспособны накапливать
СК,  они  способны  передавать  нетрансгенному  привою  сигнал  об
индукции СПУ, что делало его устойчивым к заражению [Vernooij et al.,
1994].  Эти  авторы  сделали  вывод  о  том,  что,  несмотря  на
необходимость  СК  в  индукции  СПУ,  она  скорее  всего  не  является
мобильным  транслокационным  сигналом  СПУ  и  служит  как  бы
мишенью для его восприятия.

Недавно в литературе появилась работа, в которой было показано,

что  инфильтрация  листьев  Pseudomonas syringae  приводит  к  быстрой
продукции  мобильного  сигнала  для  индукции СПУ, который вызывает
впоследствии  транзитное  возрастание  активности  ФАЛ  в  черешках
инокулированных  листьев  и  стеблях  над  инокулированными листьями,
предшествующее  накоплению  во  флоэмном  соке  СК,  что  предполагает
ее  синтез  в  сосудистых  тканях  черешков  и  стеблей  de novo  в  ответ  на
мобильный  сигнал  из  листовой  пластинки  и  дает  основание  отнести
стимуляцию  активности  ФАЛ  в  инокулированных  растениях  огурца  к

числу  первых  эффектов  мобильного  сигнала  для  СПУ [Smith-Becker
et al.  1998].  Таким  образом,  данное  исследование  предполагает,  что
мобильный  сигнал  для  СПУ,  который  транслоцируется  по  сосудистой
ткани в неинокулированные листья, не является СК, но сама сосудистая
ткань  может  играть  интегрирующую  роль  в  восприятии  и  передаче
этого сигнала, приводящего к синтезу СК и индукции экспрессии СПУ–
генов.  Поскольку  СК  обнаруживается  в  значительных  количествах  во
флоэмном  экссудате,  она  вполне,  по-видимому,  может  служить
вторичным  мессенджером  в  передаче  сигнала  при  становлении
системной устойчивости.

Механизмы действия салициловой кислоты и ее функции

Взаимодействие

растения

патогена

сопровождается

существенными  сдвигами  в  окислительных  реакциях,  что  приводит  к
образованию  различных  форм  активного  кислорода,  к  которым
относится  и  перекись  водорода,  играющих  важную  роль  в  защите
растений,  в  частности  развития  реакции  сверхчувствительности
[Ильинская  и  др., 1991; Kauss, Jeblick, 1996]. В  литературе  имеются
данные  о  стимуляции  синтеза  и  накопления  свободных  БК  и  СК  в
здоровых листьях табака под влиянием обработки перекисью водорода
[Leon et al., 1995]. Облучение листьев табака ультрафиолетовым светом
и выдерживание их в атмосфере озона, вызывающие образование Н

также  стимулируют  аккумуляцию  СК [Yalpani et al., 1994], при  этом  в
обработанных  листьях  накапливаются PR-1 белки  и  индуцируется
устойчивость  к  ВТМ.  Это  позволило  сделать  предположение,  что
УФ-свет,  озон  и  ВТМ  могут  активировать  общие  сигнальные  пути
трансдукции,  которые  ведут  к  накоплению  СК,  индукции  экспрессии
СПУ-генов  и  развитию  СПУ [Yalpani et al., 1994]. Более того, опыты с
использованием  NahD  трансгенных  растений  табака  показали,  что
индукция  экспрессии  генов PR-1 перекисью  водорода  или
соединениями, продуцирующими Н

, зависит от СК [Neuenschwander

et al., 1995].

О важной роли перекиси водорода в СК-индуцируемой СПУ

свидетельствуют данные об ингибировании СК активности каталазы из
листьев табака – фермента, превращающего перекись водорода в воду и
молекулярный кислород [Сhen et

al., 1993; Kawano et

al., 1998].

СК, накапливаясь  в  ходе  инфицирования,  специфически  связывается  с
каталазой, которая вполне может служить рецептором СК [Conrath et al.,
1995; Dong, 1995], и  вызывает  увеличение  уровня  перекиси  водорода,
ведущего  к  индукции  синтеза PR-1–белка,  являющегося,  как  уже

упоминалось, молекулярным маркером СПУ, и развитию устойчивости.
Было  сделано  предположение,  что  СК  осуществляет  индукцию
экспрессии  СПУ-генов  и  устойчивости  к  ВТМ  посредством  перекиси
водорода  и  таким  образом  перекись  водорода,  как  и  ее  производные,
вполне  могут  служить  интермедиатами  в  связанном  с  СК  сигнальном
каскаде для индукции экспрессии защитных генов растений [Chen et al.,
1993; Dong, 1995; Conrath et al., 1995; Durner, Klessing, 1996; Durner
et al., 1997].

Мы уже упоминали о том, что СК по-разному накапливается в

разных тканях риса: в стеблях ее больше, чем в корнях и суспензионной
культуре. Авторы связывают это различие с существованием в рисе 2-х
генов  каталазы,  кодирующих 2 разных  фермента:  в  стеблях  образуется
нечувствительная  к  СК  каталаза,  а  в  корнях – чувствительная [Chen
et al.,  1997].  В  то  же  время  вовлечение  ингибирования  СК  активности
каталазы  и  увеличение  вследствие  этого  уровня  Н

в индукцию

PR-генов и становление СПУ небесспорно [Mauch-Mani, Metraux, 1998].

Так, для ингибирования каталазы требуется гораздо более

высокая  концентрация  СК,  чем  обнаруживается  в  неинфицированных
тканях [Chen et al., 1993], более  того,  для  индукции  устойчивости  в
неинфицированных  тканях  растений  нет  необходимости  в  большом
подъеме  уровня  СК,  поэтому  мнение,  что  СК  индуцирует  СПУ  и
экспрессию  СПУ-генов  в  этих  тканях  через  перекись  водорода
подвергается  сомнению [Vernooij et al., 1994]. Тем  не  менее  имеется
четкая  взаимосвязь  между  СК,  активностью  каталазы  и  концентрацией
перекиси  водорода.  Так,  СК  индуцирует  экспрессию  генов  каталазы
кукурузы  и  повышает  каталазную  активность  в  листьях  in vivo,  тогда
как в опытах in vitro – ингибирует [Guan, Scandalios, 1995].

СК способна модулировать (ингибировать и усиливать)

активность каталазы табака in vitro в зависимости от концентрации Н

в  среде  инкубации,  что  дает  основание  предполагать  важную
антиоксидантную  роль  СК  в  сдерживании  окислительных  процессов,
связанных  с  защитными  реакциями  растений [Durner, Klessing, 1996].
Детальный  анализ  взаимодействия  СК  с  каталазой  из  табака  показал,
что  оно  может  приводить  не  только  к  ингибированию  каталазной
активности, но и также к продукции свободных радикалов СК, которые
в  свою  очередь  могут  инициировать  цепь  реакций,  вызывающих
перекисное  окисление  липидов,  и  играть  роль  в  СК–индуцируемой
индукции экспрессии генов PR–белков. Интересно, что, кроме каталазы,
некоторые  другие  белки,  включая  пероксидазу,  также  специфически
связываются  с  СК [Du, Klessing, 1997]. Таким  образом,  индукция
экспрессии генов PR-белков и усиление устойчивости под влиянием СК

включает  связывание  СК  каталазы  и  требует  участия  определенных
активных  форм  кислорода  или  свободных  радикалов  в  СК-сигнальной
трансдукции [Yu et al., 1999]. Действительно,  индукция  СК  и  ИНК
экспрессии PR-генов  супрессируется  антиоксидантами [Wendehenne et
ak., 1998].

Вместе с тем использование трансгенных растений табака с

пониженной  активностью  каталазы  показало  участие  именно  СК  в
экспрессии  гена PR-1 и  развитии  устойчивости [Du, Klessing, 1997а;
Takahashi et al., 1997]. Сходные  результаты,  свидетельствующие  об
индукции  под  влиянием  СК  сверхчувствительной  гибели  клеток,
вызванной  бактериальной  инфекцией,  были  получены  для  культуры
клеток сои, в которой СК не снижает активность каталазы и не изменяет
концентрацию

[Tenhaken, Rubel, 1997]. Следовательно,

ингибирование каталазы и последующее возрастание уровня перекиси
водорода, вероятно, нельзя отнести к лимитирующему звену в действии
СК при индуцировании устойчивости растений.

В листьях табака обнаружен новый СК–связывающий

растворимый  белок  с  М.м. 25 кД,  обладающий  в 150 раз  большим  по
сравнению  с  каталазой  сродством  к  СК [Du, Klessing, 1997]. Однако
этот  белок  нуждается  в  идентификации,  чтобы  понять  его  роль  в  цепи
транслокации  сигналов  СК–индуцированной  СПУ.  Интересно,  что,
наряду с активными формами кислорода, образующимися в результате
окислительного взрыва, в индуцирование гиперчувствительных ответов
клеток  растений  при  инфицировании  патогенами  может  вовлекаться  и
окись  азота,  которая  также  способна  вызывать  накопление  СК.  Это
может  свидетельствовать  о  существовании  сложной  системы
взаимодействия  и  взаимовлияния  участников  в  цепи  событий,
приводящих к формированию защитных реакций растений, в регуляции
которых СК может играть ключевую роль [Dangl, 1998].

Поскольку инфицирование растений вызывает в их клетках

продукцию  этилена,  играющего  важную  роль  в  индукции  защитных
реакций  в  ответ  на  заражение,  в  том  числе  и  синтез PR-белков,  было
сделано  предположение,  что  этилен  может  быть  сигнальным
мессенджером  в  индукции  СПУ  в  растениях  табака [Raz, Fluhr, 1992].
Однако данные, полученные с использованием мутантов арабидопсиса,
нечувствительных  к  этилену,  свидетельствуют  о  нормальном  развитии
СПУ, индуцируемой СК, в их клетках [Lawton et al., 1994]. Более того, в
литературе  имеются  данные  о  подавляющем  действии  СК  на  синтез
этилена,  вероятно,  за  счет  ингибирования  фермента,  участвующего,  в
превращении 1-амино-циклопропан-1-карбоновой  кислоты  в  этилен
[Romani et al., 1989; Медведев, Маркова, 1991].

Таким

образом,

сигнал(ы),

продуцируемый

месте

локализованного  некроза,  вызванного  патогеном,  который  мог  бы
транслоцироваться  по  сосудам  растения  и  который  должен  быть
воспринят СК в удаленных от места инфицирования тканях для запуска
экспрессии СПУ-генов и установления состояния устойчивости, пока не
идентифицирован [Vernooij et al., 1994; Mauch-Mani, Metraux, 1998;
Smith-Becker et al. 1998]. Безусловно,  изучение  систем  восприятия  и
трансдукции  сигналов,  лежащих  в  основе  механизмов  регуляции
системной  устойчивости,  очень  важно,  поскольку  СПУ  является
существенным  компонентом  устойчивости  растений  в  целом.  Знание
биохимических  и  молекулярных  основ  СПУ  может  помочь  в  создании
фунгицидов  мягкого  действия,  стимулирующих  развитие  естественных
защитных  механизмов  устойчивости  растений.  И  работа  в  этом
направлении ведется [Озерецковская, 1999].

Так, например, создан фунгицид нового типа зивеелинг, в состав

которого входит салициловая кислота, обладающий не только высокой
защитной  активностью  против  фузариоза,  но  и  стимулирующий  рост
растений.  Недавно  открыт  новый  химический  индуктор  защиты  и
устойчивости  растений, – близкий  по  структуре  СК, – бензотиадиазол
(БТД),  но  который  гораздо  активнее  СК  в  меньших  концентрациях,
причем эффект БТД в активации транскрипции генов ФАЛ и анионной
пероксидазы  (АП)  усиливается  в  зависимости  от  времени
предобработки  им  растительных  клеток  и  если  синтез  мРНК  ФАЛ
наблюдается  лишь  в  присутствии  элиситора  в  маленьких  дозах,  то
синтез мРНК АП – даже при его отсутствии [Katz et al., 1998].

На суспензионной культуре клеток моркови получены интересные

данные об индукции грибным элиситором накопления СК и появления
хитиназной активности только в присутствии ионов кальция [Schneider-
Muller et al., 1994].

Перспективным подходом для повышения устойчивости растений

к болезням является подбор композиций защитных препаратов,
позволяющих

повысить

эффективность

их

практического

использования. Примером этого может служить эффективная
композиция СК и арахидоновой кислоты (АК) для индуцирования
устойчивости листьев томатов к галловой нематоде, причем если АК в
смеси

использовалась

неактивной

повышении

нематодоустойчивости  концентрации,  то  СК – в  концентрации,
стимулирующей  рост  растений,  но  повышающей  чувствительность  к
болезни  [Васюкова  и  др., 1999]. Данная  работа  важна  также  с  точки
зрения  детального  анализа  концентрационных  порогов  в  действии  СК,
что необходимо учитывать в опытах с защитными препаратами с целью

повышения устойчивости растений, тем более, что, как упоминалось
выше, сама обработка арахидоновой кислотой способна индуцировать
синтез СК в листьях картофеля [Coquoz et al., 1998].

Некоторые незараженные патогенами растения, к которым

относится и картофель, содержат довольно высокий исходный уровень
СК  (от 40  до 100 раз  превышающий  таковой  у  растений  табака  и
арабидопсиса),  который,  однако,  не  обеспечивает  конституционную
устойчивость  к  Phytophthora infestans.  СПУ  к  данной  болезни  может
эффективно  индуцироваться  обработкой  АК,  но  не  у  растений,
содержащих  NahG  ген,  что  указывает  на  существенную  роль  СК  в
АК-индуцируемой СПУ картофеля к P. infestans [Yu et al., 1999].

Интересны имеющиеся в литературе данные об усилении под

влиянием предобработки СК защитных эффектов от других грибных
элиситоров – хитозана, эргостерола [Kauss, Jeblic, 1996].

Вместе с тем, СК – эндогенный регулятор роста, выполняющий в

растениях  разнообразные  физиологические  функции.  Так,  СК  является
естественным  индуктором  термогенезиса  в  Arum lilies [Raskin et al.,
1987],  индуктором  цветения  длиннодневных  и  короткодневных
растений  семейства  рясковых [Cleland, Tanaka, 1979], ингибитором
поступления  ионов  в  корни [Glass, 1983], антагонистом  АБК  в
регуляции

движения

устьиц [Rai et

al., 1986]. Получены

экспериментальные  доводы  в  пользу  участия  СК  в  сигнальной
регуляции  генной  экспрессии  в  ходе  старения  листьев  арабидопсиса,
предшествующего, как известно, гибели клеток [Morris et al., 2000]. СК
может  служить  регулятором  транспорта  органических  веществ  по
флоэме  [Бурмистрова,  Красавина, 1999], гравитропизма  [Медведев,
Маркова, 1991] и  других  физиологических  процессов [Raskin, 1992;
Alvarez, 2000].

Недавно появились данные о снижении степени повреждающего

действия  ионов  тяжелых  металлов  на  растения  риса при обработке СК
[Mishra, Choudhuri, 1999], индукции  под  влиянием  СК  синтеза  БТШ  в
растениях  табака  [Бурханова  и  др., 1999], а  также  усилении  при
действии  СК  (наряду  с  поранением  и  АБК)  транскрипционной
активности  гена  экстенсина,  нормально  экспрессирующегося  в
растениях  арабидопсиса, [Merkouropoulos et al., 1999]. Кроме  того,
выявлена  быстрая  (в пределах 5–10 мин)  активация  в  суспензионных
клетках  табака  СК–индуцируемой 48-кД  протеинкиназы  при
воздействии  осмотического  стресса [Mikolajczyk et al., 2000], причем,
интересно, что активация этой протеинкиназы Са

- и АБК–независимая

[Hoyos, Zhang, 2000]. Эти данные свидетельствуют о возможности

участия СК в индукции механизмов устойчивости растений также и к
абиотическим неблагоприятным факторам среды.

Все это в совокупности позволяет рассматривать СК в качестве

перспективного для практического применения соединения с целью
защиты растений от широкого спектра стрессовых факторов [Шакирова,
2000].

Влияние салициловой кислоты на устойчивость пшеницы

Исследование влияния СК на устойчивость пшеницы в

естественных  условиях  произрастания  к  возбудителям  ряда  грибных
болезней  и  ее  продуктивность  показало  [Шакирова  и  др., 2000а],  что
предпосевная  обработка  семян  СК  в  оптимальной  в  стимуляции  роста
проростков  концентрации – 0,05

мМ несколько снижает степень

поражения мучнистой росой (в контроле – 15–20 %, в опыте – 10–15 %)
и балл поражения бурой ржавчиной (4 – в контроле, в опыте – между 3
и 4) листьев  пшеницы  и  более  заметно  понижает  индекс  развития
корневой  гнили  (в  контроле – 1,3, в опыте – 0,8) в  основании  стебля.
Несмотря  на  то,  что  обработка  СК  не  приводит  к  значительному
повышению  устойчивости  пшеницы  к  грибному  патогенезу  в  полевых
условиях  при  отсутствии  инфекционного  фона,  она  тем  не  менее
оказывает существенный эффект на ее продуктивность (табл. 7 и 8).

Таблица 7

Структура урожая пшеницы сорта Башкирская 24

при предпосевной обработке СК

Вариант

Длина

стебля, см

Длина

колоса, см

Количество

семян

с главного

колоса

Масса

1000

семян, г

Масса

семян с

колоса, г

Урожай

зерна, ц/га

Контроль

70,7 7,3 18,7 35,5 0,67

19,9

0,05 мМ СК

74,6

(106 %)

8,4

(116 %)

23,7

(127 %)

38,2

(115 %)

0,93

(139 %)

27,2

(137 %)

Примечание. Размер делянок 2 м

. Ошибка опыта не превышала 4 %

Наиболее часто в практике применения регуляторов роста

используют два способа обработки: предпосевное замачивание семян и
опрыскивание вегетирующих растений. СК независимо от способа
обработки способствует увеличению высоты растений пшеницы, длины
колоса, а также количества семян с колоса и массы 1000 семян. Все эти
параметры, особенно два последних, определяют продуктивность

растений. Следует отметить, что результаты по влиянию СК на
основные элементы структуры урожая, приведенные в таблицах 7 и 8,
получены в разные годы на разных сортах пшеницы.

Однако сравнение в одном опыте предпосевной обработки семян

и опрыскивания вегетирующих (в фазе кущения) растений этим
соединением на урожай зерна показывает большую эффективность
применения предпосевного замачивания семян в СК.

Таблица 8

Влияние обработки СК на структуру урожая пшеницы сорта Жница

Вариант

Длина

стебля, см

Длина

колоса, см

Масса 1000

семян, г

Урожай

зерна, ц/га

Контроль

63,4 7,8 31,1 27,3

0,05 мМ СК
(замачивание семян)

68,3

(108 %)

8,7

(112 %)

33,9

(109 %)

31,5

(115 %)

0,05 мМ СК
(опрыскивание
растений)

65,9

(104 %)

8,0

(103 %)

33,4

(107 %)

30,6

(112 %)

Примечания. Размер делянок 100 м

Ошибка опыта не превышала 4 %

Эти данные, по-видимому, свидетельствуют о возможности

влияния СК на повышение устойчивости пшеницы не только к грибным
болезням, но и к постоянно изменяющимся условиям произрастания
растений в природной среде.

Для проверки влияния СК на устойчивость пшеницы к засолению

среды  был  использован  тест  на  прорастание  семян,  причем  особенно
ярко  действие  СК  выявилось  на  пшенице  со  сниженной  всхожестью
[Шакирова,  Безрукова, 1997]. Замачивание  семян  в  растворе  СК  в
течение 3 ч  приводило  к  существенному  повышению  их  энергии
прорастания и всхожести на среде с NaCl (табл. 9), при этом защитный
эффект  СК  проявлялся  сильнее  при  увеличении  концентрации  соли  в
среде.

Таблица 9

Влияние предпосевной обработки СК на энергию прорастания семян пшеницы

через сутки в условиях засоления среды

NaCl, %

Вариант

Дистиллированная

вода

0,5 1 1,5

Контроль

± 1 46

± 1 34

± 2 16

± 1

СК

± 2 66

± 2 68

± 1 38

± 3

Примечание. В каждом варианте опыта использовали 100 семян

О повышении устойчивости растений под влиянием защитных

препаратов  можно  судить  по  интенсивности  их  роста  в  стрессовых
условиях.  Данные,  приведенные  на  рисунках 7-10,  демонстрируют, что
как предпосевная обработка семян, так и обработка проростков СК, хотя
и  не  предотвращают  полностью  повреждающего  действия  дефицита
влаги  и  засоления  среды  на  рост  растений,  но  заметно  снижают  его
степень по сравнению с необработанными [Шакирова, Безрукова, 1997;
Шакирова, 1999; Сахабутдинова и др., 2000; Безрукова и др., в печати].

Время, ч

Длина

проростка

мм

ПЭГ

СК+ПЭГ

0,1

0,2

Отно

си

те

ьна

ско

ост

рост

ПЭ

СК

ПЭ

СК

ПЭ

СК

ПЭ

Рис. 7.  а).  Влияние  пред-
посевной  обработки  семян
0,05 мМ  СК  на  динамику
роста 4-суточных
проростков

пшеницы,

подвергнутых

кратковре-

менному

(в течение 6

ч)

воздействию 18

%-го ПЭГ

в 2 %-й сахарозе. Контролем
служили необработанные СК
и

ПЭГ

проростки,

инкубированные на 2

%-й

сахарозе.
б).  Относительная  скорость
роста  проростков  (на  оси
абсцисс  обозначен  интервал
времени: 1 – 0–6

ч, 2 –

6–24 ч, 3 – 24–48 ч).

Кратковременное внесение в среду инкубации 18

%-го

полиэтиленгликоля 6000 (ПЭГ),  моделирующего  дефицит  влаги,
приводило к существенному торможению роста проростков в сравнении
с  контролем  (рис. 7).  Стресс  тормозил  рост  и  предобработанных  СК
проростков пшеницы, правда, нужно отметить, что к началу опыта они
характеризовались  и  большим  размером.  Вероятно,  это  является
причиной  более  слабого  в  сравнении  с  контролем  повреждающего
действия  стрессового  фактора  на  показатели  роста  обработанных  СК
растений  по  отношению  к  необработанным.  Действительно,  если  в
период  сразу  после  удаления  ПЭГ  из  среды (6–24 ч)  показатель
относительного  прироста  необработанных  и  предобработанных  СК
проростков  в  условиях  водного  дефицита  был  одинаковым  и  заметно
уступал  контрольному,  то  в  период  с 24 до 48 ч  заметно  отличался:  в
контроле он составил 0,210, после воздействия ПЭГ у необработанных
СК  проростков – 0,146, а  у  предобработанных  СК – 0,176, что,

по-видимому, может свидетельствовать об ускорении репарации
ростовых процессов в проростках под влиянием СК. Таким образом,
предпосевная обработка семян СК оказывает защитный эффект на рост
проростков пшеницы при дефиците влаги.

Перенесение проростков на среду, содержащую 10 %-й ПЭГ,

также  приводило  к  торможению  их  роста  (рис. 8).  В  то  же  время  рост
прединкубированных  на  СК  растений  на  среде  с  ПЭГ  снижался  лишь
спустя  сутки,  однако  на  всем  протяжении  опыта  эти  растения  росли  с
большей интенсивностью в сравнении с растениями, инкубированными
на ПЭГ, но не обработанными СК.

5
5

7
5

9
5

11
5

Время после обработки, сутки

Дл

на

орос

тк

, мм

ПЭГ

СК+ПЭГ

Рис. 8. Влияние предобработки в течение 24 часов 0,05 мМ СК 3-суточных
проростков пшеницы на динамику роста проростков в присутствии
10 %-го ПЭГ. Контроль – не обработанные СК и ПЭГ проростки

Близкие результаты получены и в опытах по влиянию СК на рост

проростков,  подвергнутых  воздействию  засоления  среды  (рис. 9  и 10).
Обработка  СК  полностью  не  препятствует  вызванному NaCl
уменьшению  массы  проростков,  но,  как  видно,  способствует  более
быстрому  восстановлению  роста  после  удаления  соли  из  среды.
Вероятно, в определенной степени снижение повреждающего действия
засоления  на  рост  предобработанных  СК  проростков  обеспечивается
ростстимулиру-ющей активностью СК.

100

Время, ч

сса

пр

оростка

, мм

NaCl

СК

СК NaCl

Рис. 9. Динамика роста предобработанных СК проростков пшеницы после
кратковременного воздействия засоления. Семена перед посевом
замачивали в течение 3 ч в 0,05 мМ СК или дистиллированной воде.
4-суточные проростки инкубировали в течение 7 ч на смеси 2 %-й сахарозы
и 2 %-го NaCl, а затем переносили на раствор 2 %-й сахарозы. Контролем
служили не обработанные СК и NaCl проростки

0,8

1,2

1,4

1,6

Время, ч

4%NaCl
СК+4%NaCl

СК

NaCl

Ма

сс

пр

ор

стко

в,

Рис. 10. Влияние СК на динамику роста 4-суточных проростков пшеницы,
подвергнутых воздействию 4

%-го NaCl в течение 7

ч. 3-суточные

проростки обрабатывали 0,05 мМ СК, затем инкубировали их 7 ч на смеси
2 %-й сахарозы и 4 %-го NaCl, после чего переносили на раствор 2 %-й
сахарозы. Контролем служили необработанные СК и NaCl проростки

Анализ сырой и сухой массы обработанных и необработанных СК

растений  спустя  трое  суток  после 7-часового  воздействия NaCl на
4-суточные  проростки  (табл. 10)  показал,  что  обработка  СК  заметно
стимулирует  не  только  увеличение  сырой,  но и сухой массы растений.
Кратковременное  воздействие  засоления  приводит  к  снижению  этих
показателей,  тогда  как  предпосевное  замачивание  семян  оказывает
явный  защитный  эффект  на  рост  проростков – их  сухая  масса,  хотя  и
уменьшается  в  сравнении  с  обработанными  СК,  не  подвергнутыми
воздействию NaCl, но остается большей в сравнении с контролем.

Таблица 10

Влияние СК и кратковременного воздействия засоления

на сырую и сухую массу 7-суточных проростков пшеницы

Вариант

Сырая масса 20

проростков, г

Сухая масса 20
проростков, мг

Контроль

1,68 139

NaCl (7 ч)

1,61 126

СК

1,78 1,54

СК+NaCl (7 ч)

1,79 142

Примечания. 1.

Воздействию засоления подвергали 4-суточные

проростки,  росшие  на  питательной  среде  Хогланда-
Арнона-I,  в  которую  на 7 ч  вносили NaCl, а  затем
проростки  переносили  на  свежую  питательную  среду  и
выращивали в течение 3 суток.
2. Предпосевное замачивание семян 0,05 мМ СК.
3. Ошибка опыта не превышает 3 %

Как известно, одной из составляющих роста растений является

деление  клеток  и  засоление  может  приводить  к  существенному
ингибированию  митотической  активности  клеток  корней  злаков
[Кабузенко и др., 1995]. Действительно, митотический индекс клеток в
зоне  меристемы  корней 7-суточных  проростков  спустя  сутки  после
кратковременного  воздействия (7 ч) 2 %-го NaCl составил 2,9 %, тогда
как в контрольных проростках (необработанных ни СК, ни 2 %-м NaCl)
– 3,5 %. Очень  высоким  митотическим  индексом  характеризовались
клетки  корней  предобработанных  СК  проростков (6,1 %), который
существенно  в  меньшей  степени  снижался  при  воздействии  засоления
(5,5 %) [Сахабутдинова и др., 2000].

Эти данные свидетельствуют как об активации деления клеток

под влиянием СК, что, безусловно, указывает на большой вклад митозов
в  СК-индуцируемый  рост  растений  пшеницы,  так  и  о  поддержании
высокой  интенсивности  митотической  активности  в  СК-обработанных
проростках,  подвергнутых  солевому  стрессу.  Такой  эффект  СК  на

деление  клеток  корней  пшеницы  после  действия  засоления,  по-
видимому,  является  важным  механизмом,  обеспечивающим  не  только
снижение  степени  повреждающего  действия  данного  стрессового
фактора в целом на рост, но и ускорение репарации ростовых процессов
в проростках после удаления соли из среды.

Таким образом, СК является важным эндогенным соединением,

характеризующимся широким спектром физиологического действия в
растениях, в котором особое место занимает антистрессовый эффект.

В настоящее время интерес исследователей главным образом

направлен на выяснение цепи событий по пути восприятия и передачи
сигналов,  индуцируемых  внешними  факторами,  и  роли  в  ней  СК,
прежде  всего,  по-видимому,  связанной  с  ее  участием  в  регуляции
развития  защитных  реакций,  лежащих  в  основе  СПУ,  что  особенно
четко  продемонстрировано  для  двудольных  растений.  Вместе  с  тем
ограничивать  индукцию  устойчивости  под  влиянием  СК  только  к
инфицированию,  на  наш  взгляд,  несправедливо.  Способность  СК
повышать  сопротивляемость  растений  пшеницы  и  к  повреждающим
факторам  среды  абиотической  природы,  а  также  оказывать  заметное
влияние  на  урожайность  этой  важнейшей  хлебной  культуры
существенно  расширяет  перспективы  ее  практического  использования.
Применение этого соединения является весьма актуальным, особенно в
связи  с  тем,  что  СК – эндогенный  регулятор  роста,  проявляющий
ростстимулирующий  и  защитный  эффект  в  крайне  низких
концентрациях, т.е. в экологически безопасных дозах.

ЛАВА

4. РОЛЬ ФИТОГОРМОНОВ

В ПРОЯВЛЕНИИ УСТОЙЧИВОСТИ ПШЕНИЦЫ
К СТРЕССОВЫМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ

Многие грибные фитопатогены способны продуцировать

соединения фитогормональной природы в значительных количествах
[Pegg, 1985; Trione, Sayvedra, 1988; Angra et

al., 1990; Талиева,

Филимонова, 1992; Волынец  и  др., 1993а,б;  Васюк, 1995; Васюк  и  др.,
1996].  Можно  предполагать,  что  это  обусловлено  необходимостью
аттракции  подвижных  питательных  метаболитов  растения-хозяина  в
зону  развивающегося  мицелия  грибов.  С  помощью  собственных
соединений  гормональной  природы  фитопатогены,  вероятно,  могут
активно  воздействовать  на  гормональную  систему  регуляции
растительных  организмов  и  изменять  интенсивность  метаболических
процессов в их клетках и, таким образом, оптимизировать условия для
своего  роста  и  развития.  Следовательно,  посредством  фитогормонов,
как  собственных,  так  и  хозяйских  грибной  патоген  может  управлять
интегральными физиологическими программами в клетках растений для
обеспечения успешного паразитирования [Талиева, Филимонова, 1992].
Безусловно,  характер  взаимовлияния  растения-хозяина  и  паразита  на
гормональном уровне зависит от типа питания грибного патогена.

Зависимость гормонального ответа растений пшеницы на
инфицирование различными возбудителями грибных болезней

Пшеница – корневая гниль. Возбудители корневой гнили, патогены
родов Fusarium и Helminthosporium (Bipolarys), характеризуются
некротрофным

типом

питания

[Чулкина, 1985]. Наряду

фитотоксинами – супрессорами  защитных  реакций  растений  [Чулкина,
1985; Метлицкий и др., 1986], эти грибы продуцируют в культуральную
среду  вещества  цитокининовой [Yadav, Mandahar, 1981] и  ауксиновой
[Волынец  и  др., 1993б] природы, а также АБК [Волынец и др., 1993а].
Вместе  с  тем  важно  провести  анализ  количественных  изменений  этих
гормонов  в  растениях  пшеницы  под  влиянием  заражения  корневыми
гнилями.

Инфицирование вызывает стойкое падение уровня ИУК в тканях

листьев пшеницы в фазах кущения и трубкования (рис. 11), поэтому,
очевидно, речь о заметном вкладе ауксина грибного происхождения в
тотальную ИУК идти не может.

Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция - часть 4